CN108920851A - 一种基于目标支承压力的卸压钻孔间距确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于目标支承压力的卸压钻孔间距确定方法，首先测定煤层原岩应力p₀和超前支承压力曲线及峰值σ_m；再沿工作面开采方向施工间距递增的卸压钻孔；最后根据钻孔处的支承压力与目标支承压力的相对大小，及钻孔间岩层破坏情况，确定最佳卸压钻孔间距L_B。本发明的有益效果是能够充分发挥钻孔卸压效果，提高巷道围岩稳定性。

Description

一种基于目标支承压力的卸压钻孔间距确定方法

技术领域

本发明属于矿山压力技术领域，涉及一种基于目标支承压力的卸压钻孔间距确定方法。

背景技术

当前，我国浅部煤炭资源日益枯竭，许多矿区纷纷开始向深部开采。与浅部开采不同，深部巷道围岩所处的应力环境复杂，易发生冲击地压灾害，严重制约了煤矿的正常和安全生产。钻孔卸压就是在围岩中布置钻孔，通过钻孔的变形实现应力的释放与转移，对于减小围岩变形、维持巷道稳定以及控制冲击地压都有显著的效果。但是当前卸压钻孔间距的确定大多依赖于经验，间距过大则起不到卸压效果，间距过小则增加了卸压钻孔的施工量，降低了生产效率。

现有技术中有一种卸压钻孔间排距的设计方法(申请号：201610919336.7)，该设计方法以理论计算为基础，设计简单。然而，该方法涉及参数很多，且大部分参数是根据经验取值，没有结合现场实际条件，无法有效的对现场施工进行指导。现有技术中还有一种深部高应力巷道钻孔卸压参数的数值模拟确定方法(申请号：201510982092.2)，该设计方法采用室内加卸载实验的方法研究了巷道围岩强度衰减规律，运用数值模拟的手段得出数值计算的参数。但是，该设计过程复杂繁琐，且数值模拟方法本身就具有较大的局限性，无法反映现场真实情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于目标支承压力的卸压钻孔间距确定方法，本发明的有益效果是能够充分发挥钻孔卸压效果，提高巷道围岩稳定性。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤一、测定煤层原岩应力p₀和超前支承压力曲线及峰值σ_m；

步骤二、沿工作面开采方向施工间距递增的卸压钻孔；

步骤三、根据钻孔处的支承压力与目标支承压力的相对大小，及钻孔间岩层破坏情况，确定最佳卸压钻孔间距L_B。

进一步，步骤二沿工作面开采方向施工间距递增的卸压钻孔方法如下：

步骤2.1、确定钻孔塑性区半径R

根据线性莫尔-库伦强度准则，在静水压力p₀作用下，钻孔塑性区半径R为：

式中：r为卸压钻孔半径，单位为m；

ε为摩尔强度线的斜率，其中为内摩擦角，单位为°；

σ_c为的单轴抗压强度值，单位为MPa，可由室内试验测得。

步骤2.2、施工间距递增的卸压钻孔

在工作面超前支承压力影响范围之外，垂直于巷道轴线向待采煤层施工n个卸压钻孔，卸压钻孔标号依次为D₁～D_n；钻孔D₁与D₂之间的距离为L₁，其中L₁＝2R，钻孔D₂之后的间距分别递增0.1米。

进一步，步骤三确定最佳卸压钻孔间距L_B方法如下：

步骤3.1、确定目标支承压力σ₁

根据现场实际地质情况，确定卸压目标，目标支承压力σ₁满足：

p₀＜σ₁＜σ_m

步骤3.2、监测目标支承压力σ₁

在布置卸压钻孔的同时，在卸压钻孔内装入钻孔应力计，随着工作面向前推进，实时监测钻孔应力计读数变化，直至钻孔应力达到目标支承压力σ₁；

步骤3.3、探测钻孔之间塑性区

当某个钻孔处的应力达到目标支承压力σ₁时，利用物探方法探测该钻孔与其前方钻孔之间岩层的破坏情况；

步骤3.4、根据处于目标支承压力位置的钻孔间岩层破坏情况，确定卸压钻孔的最佳间距L_B：

若获得的钻孔间岩层完全破坏，进入塑性状态，则随着工作面推进继续进行步骤3.3，直至获得的钻孔间存在部分完整岩层，没有完全破坏，此时即可获得卸压钻孔的最佳间距L_B，即为该钻孔D_m与其后一个钻孔D_m-1的间距。

附图说明

图1为卸压钻孔布置示意图；

图2为卸压钻孔D₁和D₂之间塑性区示意图；

图3为工作面推进过程中超前支承压力曲线；

图4为一种基于目标支承压力的最佳卸压钻孔间距确定方法流程图。

图中，1.正采工作面，2.工作面推进方向，3.超前支承压力曲线，4.回采巷道，5.待采工作面。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明施工环境之一如图1所示，包括上方的正采工作面1，图中工作面推进方向2为箭头所指，中部布置有回采巷道4，底部区域为待采工作面5，在回采巷道4上方为超前支承圧力曲线3。本发明确定卸压钻孔间距方法如图2至图4所示，实施步骤如下：

步骤一、采用钻孔应力计测定煤层原岩应力p₀和超前支承压力曲线及峰值σ_m；

步骤二、沿工作面开采方向施工间距递增的卸压钻孔；

步骤2.1、确定钻孔塑性区半径R

根据线性莫尔-库伦强度准则，在静水压力p₀作用下，钻孔塑性区半径R为：

式中：r为卸压钻孔半径，单位为m；

ε为摩尔强度线的斜率，其中为内摩擦角，单位为°；

σ_c为的单轴抗压强度值，单位为MPa，可由室内试验测得。

步骤2.2、施工间距递增的卸压钻孔

在工作面超前支承压力影响范围之外，垂直于巷道轴线向待采煤层施工n个卸压钻孔，卸压钻孔标号为D₁～D_n。钻孔D₁与D₂之间的距离为L₁，其中L₁＝2R，钻孔D₂之后的间距分别递增0.1米。

步骤三、根据钻孔处的支承压力与目标支承压力的相对大小，及钻孔间岩层破坏情况，确定最佳卸压钻孔间距L_B；

步骤3.1、确定目标支承压力σ₁

根据现场实际地质情况，确定卸压目标，目标支承压力σ₁应满足：

p₀≤σ₁≤σ_m

步骤3.2、监测目标支承压力σ₁

在布置卸压钻孔的同时，在卸压钻孔内装入钻孔应力计，随着工作面向前推进，实时监测钻孔应力计读数变化，直至钻孔应力达到目标支承压力σ₁。

步骤3.3、探测钻孔之间塑性区

当某个钻孔处的应力达到目标支承压力σ₁时，利用物探方法探测该钻孔与其前方钻孔之间岩层的破坏情况。

步骤3.4、根据处于目标支承压力位置的钻孔间岩层破坏情况，确定卸压钻孔的最佳间距L_B：

若上述获得的钻孔间岩层完全破坏，进入塑性状态，则随着工作面推进继续进行步骤3.3，直至获得的钻孔间存在部分完整岩层，没有完全破坏，此时即可获得卸压钻孔的最佳间距L_B，即为该钻孔D_m与其后方钻孔D_m-1的间距(最后一次完全破坏的钻孔间距)。

本发明方法还具有以下特点和优点：

1、该方法可以根据现场实际需要确定卸压目标，并可根据不同现场条件对目标支承压力进行调整。量化了钻孔卸压程度，提高了工作效率，实现精准卸压。

2、该方法涉及参数较少，操作简单，可行性高，可较好的指导现场卸压钻孔的施工，避免因卸压钻孔间距过大或过小造成的一系列问题，在控制成本的基础上最大限度的增强卸压效果。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种基于目标支承压力的卸压钻孔间距确定方法，其特征在于按照以下步骤进行：

步骤一、测定煤层原岩应力p₀和超前支承压力曲线及峰值σ_m；

步骤二、沿工作面开采方向施工间距递增的卸压钻孔；

步骤三、根据钻孔处的支承压力与目标支承压力的相对大小，及钻孔间岩层破坏情况，确定最佳卸压钻孔间距L_B。

2.按照权利要求1所述一种基于目标支承压力的卸压钻孔间距确定方法，其特征在于：所述步骤二沿工作面开采方向施工间距递增的卸压钻孔方法如下：

步骤2.1、确定钻孔塑性区半径R

根据线性莫尔-库伦强度准则，在静水压力p₀作用下，钻孔塑性区半径R为：

式中：r为卸压钻孔半径，单位为m；

ε为摩尔强度线的斜率，其中为内摩擦角，单位为°；

σ_c为的单轴抗压强度值，单位为MPa，可由室内试验测得。

步骤2.2、施工间距递增的卸压钻孔

在工作面超前支承压力影响范围之外，垂直于巷道轴线向待采煤层施工n个卸压钻孔，卸压钻孔标号为D₁～D_n；钻孔D₁与D₂之间的距离为L₁，其中L₁＝2R，钻孔D₂之后的间距分别递增0.1米。

3.按照权利要求1所述一种基于目标支承压力的卸压钻孔间距确定方法，其特征在于：所述步骤三确定卸压钻孔间距L_B方法如下：

步骤3.1、确定目标支承压力σ₁

根据现场实际地质情况，确定卸压目标，目标支承压力σ₁满足：

p₀≤σ₁≤σ_m

步骤3.2、监测目标支承压力σ₁

在布置卸压钻孔的同时，在卸压钻孔内装入钻孔应力计，随着工作面向前推进，实时监测钻孔应力计读数变化，直至钻孔应力达到目标支承压力σ₁；

步骤3.3、探测钻孔之间塑性区

当某个钻孔处的应力达到目标支承压力σ₁时，利用物探方法探测该钻孔与其前方钻孔之间岩层的破坏情况；

步骤3.4、根据处于目标支承压力位置的钻孔间岩层破坏情况，确定卸压钻孔的最佳间距L_B：

若获得的钻孔间岩层完全破坏，进入塑性状态，则随着工作面推进继续进行步骤3.3，直至获得的钻孔间存在部分完整岩层，没有完全破坏，此时即可获得卸压钻孔的最佳间距L_B，即为该钻孔D_m与其后一个钻孔D_m-1的间距。